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1、宜宾师专学报(自然科学版)1993年第2期金属离子对酶功能所起的作用王健新陈代谢是生命的基本特征。机体与环境进行的物质交换与能量交换无一不是靠生物体内错综复杂而又彼此协调的生物化学反应来实现的。在生物机体内发生的一系列合成代谢反应和分解代谢反应均是在条件温和、酶所催化下进行的。机体内近三分之一的酶需要有金属离子才能发挥其正常生物活性。近年来,,对金属离子在机体内的作用过程及其生物功能的研究促进了在生命起源酶的结构与作,、,。,用原理代谢调节疾病防治环境污染等方面的研究目前作为生物化学与之联系密切,的方面在于对金属离子在机体内与生物配体所构成的生物
2、功能分子的结构一性质一生物功能的研究。.a、、、、、、、、,丁解生命金属(NKC。MgFeCoZnMoMnCu)在机体内的作用特别是对酶,。功能所起的作用对提高生物化学的教学是大有裨益的各种金属离子在机体中具有不同。Na+、K+、a,十,的作用C在膜运输功能上表现出离子泵特有的功能其他金属则更多的在对酶功能的影响方面起着重要的作用。依靠金属的酶可分为两类。一类是金属作为酶分子的组成成份,且与酶蛋白结合得十,,,,分牢固配合物的稳定常数较大此类酶叫金属酶相反地另一类酶中的金属与酶蛋白结,,,合较弱配合物稳定常数较小制备过程中往往易丢失金属离子造成酶
3、活性减弱或丧失。,,`,此类酶叫金属激活酶此外尚有些酶要外加金属离子才具活力如Mg对激酶的作用这类酶亦属金属激活酶。一、金属离子催化适应机体反应的特点在,。i午多金属离子催化的反应里金属离子的作用类似于质子(广义的酸催化)但比质,。、子更为有效它具有比质子多于一个单位的正电荷在生物机体内PH一7的中性环境,`一,.。,。I中【H〕~10M而金属离子浓度可以达M金属离子有可以提供与几个配体形成配,、、,合物的特点便于形成反应时酶蛋白金属离子底物三元配合物的稳定过渡态从而极大地降低反应活化能。基于酶蛋白的二级、三级结构,多肤链的折叠、盘绕、肤链中的氨
4、基酸残基的一些特定,侧链就以一定的几何形式配置在金属离子周围而由氨基酸侧链上的一定配位原子组成配位环境。显然,酶蛋白就是一个多齿配体。中心离子则处于这种具特定几何构型的结构之.。通过蛋白,扫质对金属离子的结合修饰作用金属酶中的金属离子已不再同于游离的金。e,一:,,属离子的性质如F不能与O配位结合只有与原叶琳环和具特定结构的肤链结合成血红蛋白后才能氧合。同种金属离子可以构成功能不同的酶,说明决定酶专一性的仍是。、酶蛋白本身第一过渡系水合离子可以催化草酞乙酸脱梭机体内则要含Mn(I)的草酞乙酸脱梭酶催化此反应:Z3ZHCCOOCHOCHOOHCCO
5、OCHO十CO细胞色素。C几乎存在于所有的原核生一物和真核生物体中它是由一条肤链包裹着血红素的蛋白质分子形成。血红素可看作是它的核心。由于铁的价电子参与叶琳环的大兀,键因此从任何方向进入p卜琳环的电子或从叶琳环上流出的电子最终都体现在铁离子的。处于细胞色素,氧化还原上C中的铁离子由于受它周围化学环境影响它的电学性质有、。不极大的改变具体反映在氧化还原电位数值上同性质约配体可址加隐定铁的不同氧化态。细胞色素类情况复杂些,虽然叶琳配体有完全相同的配位原子,但由于肤链可以不同,,。:两个轴向配体不同这就会产生出不同的化学环境而引起电位的变化如下表所示线
6、粒体呼吸链细胞色素氧化还原组分还原电位组分近似相对浓度o7.:(V)U细胞色素b.00.031..。;00细胞色素1215..细胞色素c200235..细胞色素a10029..a300385细胞色素1(U、7.2为PH一7.2时的半还原电位),。除了铁叶琳化合物之外还有很多非血红素蛋白质与多种氧化还原过程相关联它们是包含大量的铁和硫的铁一硫蛋白质。此类蛋白质广泛分布于自然界,存在于各种生物体,。、中其生物功能是传递电子这些蛋白质包括红素氧蛋白肾上腺皮质铁氧还蛋白和铁氧还。,,,蛋白在生物体中它们是最普遍的电子载体并且直接与大面积的新陈代谢相联系特
7、Z、Z。,别是与某些细菌和植物的光合成及CON的固定相关例如叶绿体中所含的铁氧还蛋,;白和光合细菌中存在的铁硫蛋白参与光合作用的电子传递铁氧还蛋白还具有固氮作用。,。X一射线研究表明铁氧还蛋白包含有笼状铁硫原子簇肤链中的半脱氨酸残基通过。:硫原子与笼状铁一硫原子簇相连而构成铁氧还蛋白的活性中心如图所示笼状原子族作为铁氧还蛋白的活性中心,,金属一硫桥对这些部位的生理作用影响极大硫配体使Fe(I)不稳定导致在各种,,:e二亡生理过程中具还原性这种笼状的原子簇作为单电子还原剂发生F(I)一Fe(I)氧化还原反应发生在原子族内。二、金属离子对酶功能所起的
8、作用,;,酶对金属的依赖在于金属离子保留其原有的特征如配位和极化的能力配位的主、,。体构型变价等并利用这些特征去完成催化作用,,金属离子
